铁路箱梁静载试验开裂原因分析及控制措施

铁路箱梁静载试验开裂原因分析及控制措施

孙金更

【摘要】通过预制后张法预应力混凝土铁路桥箱形简支梁静载试验出现的1.0级荷载开裂问题,对开裂原因进行全面分析。重点剖析由于蒸养拆模、混凝土水化热高峰期拆模,造成混凝土芯部与表面、表面与环境温差超过15℃的标准要求,致使混凝土内部温差应力超过其抗拉极限强度而早期开裂的原因。论证静载试验在1.0级时,当混凝土抗拉极限强度fct=0,则抗裂安全系数Kf=姿,梁体在静载试验时出现1.0级开裂的必然性,进一步阐明混凝土温差应力超限是箱梁静载试验开裂的主要原因,提出预防出现早期裂缝的控制措施。%With regard to the cracking identified under the static test for prefabricated post-tensioned prestressed concrete railway bridge simply supported box girder, this paper analyzes the causes of cracking with focus on early cracking due to the fact that the concrete inner temperature difference stress exceeds the tensile ultimate strength, which is caused by the temperature difference between the core and surface of the concrete, and the temperature difference between the surface and the environment in excess of the restrict ed 15℃ on account of the form removal during steam curing and in peak period of concrete hydration heating. The author demonstrates the inevitability of cracking during beam static load level 1. 0 test with concrete tensile limit strength fct=0, and anti-c rack safety factor Kf=λ, further elucidates that it is the concrete transfinite temperature stress that gives rise to box girder cracking, and puts forward control measures to prevent early cracks.

【期刊名称】《铁道标准设计》

【年(卷),期】2015(000)007

【总页数】5页(P84-88)

【关键词】预应力混凝土;箱形梁;静载试验;抗裂性;开裂原因;温差应力;水化热

【作者】孙金更

【作者单位】中国铁道科学研究院标准计量研究所国家铁路产品质量监督检验中心，北京 100081

【正文语种】中文

【中图分类】U448.21+3

客运专线预制整孔简支箱梁以抗扭刚度大、受力明确、建设速度快、易保证质量、建成后的桥梁养护工作量小以及低噪声等优势，在铁路客运专线中被广泛采用。铁路预制梁箱梁自重较大、不易更换，要求其具有较好的耐久性。预应力混凝土结构的抗裂性能直接影响结构的耐久性，保证结构抗裂性非常必要。桥梁静载弯曲抗裂性试验是检验桥梁结构的重要手段，是检验梁体抗裂性能和刚度是否满足设计要求的常规方法。通过静载试验，可以更好地掌握箱梁结构的工作状态，判断是否符合设计要求和正常受力状态，可以完成对梁体承载能力和工作状况的总体评价，是控制桥梁总体质量的重要方法。根据《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》(以下简称“《标准》”)以及相关规范要求，在梁体终张拉30 d后，除首孔梁进

行静载试验外，每批次60片随机抽样进行1件梁静载试验。如静载试验过程中在1.2级荷载内出现受力裂缝，则判定不合格。如何在施工中采取措施，保证结构抗裂性，是箱梁预制的关键环节。为此，箱梁静载试验开裂原因以及控制措施有必要

进行深入探讨。

根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》( TB1002.3—

2005)(以下简称《桥规》)规定，对于不允许出现拉应力的预应力混凝土结构，正

截面抗裂性验算公式如下

式中 Kf——抗裂安全系数，依据规范Kf≥1.2；

σ——计算荷载在截面受拉边缘混凝土中产生的正应力；

σc——扣除相应阶段预应力损失后的混凝土的预压应力；

fct——混凝土抗拉极限强度，对C50混凝土，fct=3.10 MPa；

γ=2S0/W0——考虑混凝土塑性的修正系数；

S0——换算截面重心轴以下的面积对重心轴的面积矩，m3；

W0——对所检算的拉应力边缘的换算截面抵抗矩，m3；

λ——预应力度。

根据设计院提供的统计资料，各种梁型主要设计参数统计见表1。

由式(1)可知，抗裂安全系数Kf与预应力度λ、混凝土塑性系数γ、混凝土抗拉极

限强度fct有关，依据《桥规》规定：对于不允许出现拉应力的预应力混凝土结构，按弹性阶段检算截面抗裂性，但在运营阶段正截面抗裂检算中，应计入混凝土受拉塑性变形的影响，其Kf≥1.2，由式(1)和式(2)得λ+γfct/σ≥1.2，由表1可知对于

某一桥梁结构类型λ、γ、σ为定值，一般情况下λ在1.0～1.1，梁体抗裂性能否

大于1.2主要取决于fct，如混凝土养护不到位，早期出现裂纹，则fct=0，这时

梁体抗裂安全系数是不可能达到1.2的，因此，静载试验中出现早期开裂的主要原因是混凝土早期开裂。

混凝土裂缝可分为荷载引起的裂缝和非荷载因素引起的裂缝，早期裂缝主要是由于非荷载因素所引起的。非荷载因素裂缝主要包括收缩裂缝和温度应力裂缝。

3.1 收缩裂缝